毕业设计论文一体式保形位标器结构设计.doc

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1、一体式保形位标器结构设计全套图纸加V信153893706或扣 3346389411摘要伴随中国综合实力的飞速发展，国内军工业得到了空前的发展。同时随着制导技术的发展，导弹在现代军工业中也占有相当大的比例。现代实战数据表明，导弹在战争中发挥着越来越重要的作用。提高导弹的制导精度，是提高导弹打击效果最有效的手段。导弹通常由弹头、弹体结构系统、动力装置推进系统和制导系统等四部分组成。按攻击活动目标的类型可分为：反坦克导弹、反舰导弹、反潜导弹、反飞机导弹、反弹道导弹导弹、反卫星导弹等。按飞行弹道可分为：主动段按预定弹道飞行，发动机关机后按自由抛物体轨迹飞行，再入段仍按自由抛物体轨迹飞行或机动飞行的弹道

2、导弹等。其中位标器是导弹的重要组成部分，其性能直接影响导弹的性能,。位标器是导引头的核心组件，其设计制造水平决定了导引头的探测能力、视线稳定度和跟踪精度。位标器的主要设计思想是在确保跟踪场、跟踪速度、稳定精度和外形尺寸等前提下力求小型化、高可靠性和低成本。本文设计的题目是一体式保形位标器结构设计。设计之初介绍了导弹及位标器的发展过程、现状及发展趋势，并分析其各自的特点。对各类导弹、位标器的总体结构进行了探讨及阐述。本文在查阅了国内外相关资料的前提下，对本次设计的课题进行了总体结构设计、在分析的同时对部件的结构设计、主要零部件的设计、计算及校核。利用AUTO CAD二维画图软件进行了零件的设计和

3、装配，以满足使用要求。选择恰当的支承方式以及轴承选用等也是相当的重要。本次完成了一体式保形位标器结构的设计，该位标器可提高飞行器性能，减少阻力减少热降面积，可提高内部空间利用率。有效提高性能。最终达到本次设计的综合训练的目的。关键词：军工业、导弹、保形位标器、校核ABSTRACTWith the rapid development of China s comprehensive strength , the domestic military industry has been an unprecedented development. With the development of tec

4、hnology, while guided missile in the modern military-industrial complex also occupies a large proportion. Modern combat data indicate that the missile is playing an increasingly important role in the war. Improve the precision -guided missile , the missile is to improve the effectiveness of the most

5、 effective means to combat .Missile warhead usually consists of four parts , airframe structural system , power plant propulsion systems and guidance systems. Press the attacks target types can be divided into: anti-tank missiles, anti-ship missiles , anti-submarine missiles, anti- aircraft missiles

6、 ABM missiles, anti-satellite missiles. Press the flight trajectory can be divided into : active segment at a predetermined trajectory flight , after engine shutdown press freedom parabolic trajectory flight , reentry trajectory based upon the freedom of parabolic flight or maneuvering ballistic mi

7、ssiles . Which the beacon is an important part of the missile , and its performance directly affects the performance of the missile . Beacon is a core component of the seeker , the design and manufacturing level determines the ability to detect seeker , sight stability and tracking accuracy. The mai

8、n design idea is to strive bit scaler miniaturization, high reliability and low cost in ensuring the tracking field , tracking speed , precision and stability , such as dimensions premise .This design is the subject of one- bit standard conformal structure design . Describes the beginning of the des

9、ign and development of missile -bit scaler , status quo and development trends, and analyze their respective characteristics. Various types of missiles, the overall structure of bit scaler is discussed and explained . In this paper, the relevant information at home and abroad under the inspection of

10、 the premise, the subject of this design were the overall structural design, structural design of components , the main components of the design , calculation and check in the same analysis. AUTO CAD use a two-dimensional drawing software for the design and assembly of parts to meet the requirements

11、 Select the appropriate manner and bearing selection and other support is quite important.The completion of the one- bit standard conformal structure design , this bit scaler can improve vehicle performance , reduce heat to reduce drag drop area , can improve interior space utilization. Improve per

12、formance. Ultimately designed this comprehensive training purposes .Keywords: military-industrial complex , missiles, conformal bit scaler , checkingI目 录摘要IABSTRACTI第1章绪论31.1 导弹的发展概述31.2 导弹的结构、分类及特点41.2.1 导弹的结构41.2.2 导弹的分类61.2.3 导弹的特点61.3 导弹的研究现状及发展趋势71.3.1 导弹的研究现状71.3.2 导弹的发展趋势91.4位标器的概述及发展现状101.4.

13、1 位标器的概述101.4.2 位标器的发展现状101.5高速保形位标器的研究现状及发展趋势111.6课题研究的意义及内容13第2章 一体式保形位标器总体及部件结构设计142.1 一体式保形位标器设计要求142.2 一体式保形位标器总体结构设计142.3 一体式保形位标器主要结构及其说明14第3章 一体式保形位标器主要零部件设计173.1 陀螺的设计173.1.1 陀螺基本理论173.1.2 陀螺旋转原理173.1.3 陀螺进动原理183.1.4 陀螺电机的确定193.2 轴的设计及校核193.3 轴承的选择213.4 前框架的设计及校核21第4章 结论22致谢23参考文献24II第1章 绪论

14、1.1 导弹的发展概述导弹是一种携带战斗部，依靠自身动力装置推进，由制导系统导引控制飞行航迹，导向目标并摧毁目标的飞行器。 导弹通常由战斗部、控制系统、发动机装置和弹体等组成。有翼导弹作为一个整体直接攻击目标，弹道导弹飞行到预定高度和位置后弹体与弹头分离，由弹头执行攻击目标的任务。 导弹摧毁目标的有效载荷是战斗部（或弹头），可为核装药、常规装药、化学战剂、生物战剂，或者使用电磁脉冲战斗部。其中，装普通装药的称常规导弹；装核装药的称核导弹。1、早期发展导弹的起源与火药和火箭的发明密切相关。火药与火箭是由中国发明的。南宋时期，不迟于12世纪中叶，火箭技术开始用于军事，出现了最早的军用火箭。约在13

15、世纪，中国火箭技术传入阿拉伯地区及欧洲国家。18、19世纪火箭武器进展不大，直到1926年，美国才第一次发射了一枚无控液体火箭。20世纪30年代，由于电子、高温材料及火箭推进剂技术的发展，为火箭武器注入了新的活力。20世纪30年代末，德国开始火箭、导弹技术的研究，并建立了较大规模的生产基地，1939年发射了A-1、A-2、A-3导弹，并很快将研制这种小型导弹的经验应用到V-1导弹和V-2导弹上。1944年69月德国向伦敦发射了V-1、V-2导弹。第二次世界大战后期，德国还研制了“莱茵女儿”等几种地空导弹，以及X-7反坦克导弹和X-4有线制导空空导弹，但均未投入作战使用。第二次世界大战后到50年

16、代初，导弹处于早期发展阶段。各国从德国的V-1、V-2导弹在第二次世界大战的作战使用中，意识到导弹对未来战争的作用。美、苏、瑞士、瑞典等国在战后不久，恢复了自己在第二次世界大战期间已经进行的导弹理论研究与试验活动。英、法两国也分别于1948和1949年重新开始导弹的研究工作。2、规模发展自50年代初起，导弹得到了大规模的发展，出现了一大批中远程液体弹道导弹及多种战术导弹，并相继装备了部队。1953年美国在朝鲜战场曾使用过电视遥控导弹。但这时期的导弹命中精度低、结构质量大、可靠性差、造价昂贵。60年代初到70年代中期，由于科学技术的进步和现代战争的需要，导弹进入了改进性能、提高质量的全面发展时期

17、战略弹道导弹采用了较高精度的惯性器件，使用了可贮存的自燃液体推进剂和固体推进剂，采用地下井发射和潜艇发射，发展了集束式多弹头和分导式多弹头，大大提高了导弹的性能。巡航导弹采用了惯性制导、惯性-地形匹配制导和电视制导及红外制导等末制导技术，采用效率高的涡轮风扇喷气发动机和比威力高的小型核弹头，大大提高了巡航导弹的作战能力。战术导弹采用了无线电制导、红外制导、激光制导和惯性制导，发射方式也发展为车载、机载、舰载等多种，提高了导弹的命中精度、生存能力、机动能力、低空作战性能和抗干扰能力。3、全面发展70年代中期以来，导弹进入了全面发展更新阶段。为提高战略导弹的生存能力，一些国家着手研究小型单弹头陆

18、基机动战略导弹和大型多弹头铁路机动战略导弹，增大潜射对地导弹的射程，加强战略巡航导弹的研制。发展应用“高级惯性参考球”制导系统，进一步提高导弹的命中精度，研制机动式多弹头。以陆基洲际弹道导弹为例，从1957年8月21日苏联发射了世界第一枚SS-6洲际弹道导弹以来，世界上一些大国共研制了20多种型号的陆基洲际弹道导弹。30多年来经历了3个发展阶段。在此期间，战术导弹的发展出现了大范围更新换代的新局面。其中几种以攻击活动目标为主的导弹，如反舰导弹、反坦克导弹和反飞机导弹，发展更为迅速，约占70年代以来装备和研制的各类战术导弹的80%以上。面对尖锐激烈的国际斗争环境，为了维护国家的独立与领土完整，为

19、了自卫，中国自20世纪50年代末开始研制导弹。经过20多年的努力，1980年5月18日成功地发射了洲际弹道导弹，1982年10月成功地发射了潜地导弹，中国已经研制并装备了不同类型的中远程、洲际战略弹道导弹，及其他多种类型的战术导弹。1.2 导弹的结构、分类及特点1.2.1 导弹的结构导弹通常由战斗部（弹头）、弹体结构系统、动力装置推进系统和制导系统等4部分组成。在导弹的发展历程中，也曾出现过不带战斗部的导弹。导弹推进系统是为导弹飞行提供推力的整套装置。又称导弹动力装置。它主要由发动机和推进剂供应系统两大部分组成，其核心是发动机。导弹发动机有很多种，通常分为火箭发动机和吸气喷气发动机两大类。前者

20、自身携带氧化剂和燃烧剂，因此不仅可用于在大气层内飞行的导弹，还可用于在大气层外飞行的导弹；后者只携带燃烧剂，要依靠空气中的氧气，所以只能用于在大气层内飞行的导弹。火箭发动机按其推进剂的物理状态可分为液体火箭发动机、固体火箭发动机和固液混合火箭发动机。吸气喷气发动机又可分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇喷气发动机以及冲压喷气发动机。此外，还有由火箭发动机和吸气喷气发动机组合而成的组合发动机。发动机的选择要根据导弹的作战使用条件而定。战略弹道导弹因其只在弹道主动段靠发动机推力推进，发动机工作时间短，且需在大气层外飞行，应选择固体或液体火箭发动机；战略巡航导弹因其在大气层内飞行，发动机工作时间长，应选择燃

21、料消耗低的涡轮风扇喷气发动机（也可以使用冲压喷气发动机）。战术导弹要求机动性能好和快速反应能力强，大都选择固体火箭发动机。但在空面导弹、反舰导弹和中远程空空导弹里也逐步推广使用涡喷/涡扇发动机和冲压喷气发动机。导弹制导系统按一定导引规律将导弹导向目标、控制其质心运动和绕质心运动以及飞行时间程序、指令信号、供电、配电等的各种装置的总称。其作用是适时测量导弹相对目标的位置，确定导弹的飞行轨迹，控制导弹的飞行轨迹和飞行姿态，保证弹头(战斗部)准确命中目标。导弹制导系统有4种制导方式：1、自主式制导。制导系统装于导弹上，制导过程中不需要导弹以外的设备配合，也不需要来自目标的直接信息，就能控制导弹飞向目

22、标。如惯性制导，大多数地地弹道导弹采用自主式制导。2、寻的制导。由弹上的导引头感受目标的辐射或反射能量，自动形成制导指令，控制导弹飞向目标。如无线电寻的制导、激光寻的制导、红外寻的制导。这种制导方式制导精度高，但制导距离较近，多用于地空、舰空、空空、空地、空舰等导弹。3、遥控制导。由弹外的制导站测量，向导弹发出制导指令，由弹上执行装置操纵导弹飞向目标。如无线电指令制导、无线电波束制导和激光波束制导等，多用于地空、空空、空地导弹和反坦克导弹等。4、复合制导。在导弹飞行的初始段、中间段和末段，同时或先后采用两种以上制导方式的制导称为复合制导。这种制导可以增大制导距离，提高制导精度。导弹制导精度是导

23、弹制导系统的主要性能指标之一，也是决定导弹命中精度的主要因素。打击固定目标时，导弹命中精度用圆概率偏差(CEP)描述。它是一个长度的统计量，即向一个目标发射多发导弹，要求有半数的导弹落在以平均弹着点为圆心，以圆概率偏差为半径的圆内。打击活动目标时，导弹的命中精度用脱靶距离表示，即导弹相对于目标运动轨迹至目标中心的最短距离。导弹弹头是导弹毁伤目标的专用装置，亦称导弹战斗部。它由弹头壳体、战斗装药、引爆系统等组成。有的弹头还装有控制、突防装置。战斗装药是导弹毁伤目标的能源，可分为核装药、普通装药、化学战剂、生物战剂等。引爆系统用于适时引爆战斗部，同时还保证弹头在运输、贮存、 发射和飞行时的安全。弹

24、头按战斗装药的不同可分为导弹常规弹头、导弹特种弹头和导弹核弹头，战术导弹多用常规弹头，战略导弹多用核弹头。核弹头的威力用梯恩梯当量表示。每枚导弹所携带的弹头可以是单弹头或多弹头，多弹头又可分为集束式、分导式和机动式。战略导弹多采用多弹头，以提高导弹的突防能力和攻击多目标的能力。导弹弹体结构系统用于构成导弹外形、连接和安装弹上各分系统且能承受各种载荷的整体结构。为了提高导弹的运载能力，弹体结构质量应尽量减轻。因此，应采用高比强度的材料和先进的结构形式。导弹外形是影响导弹性能的主要因素之一。具有良好的气动外形， 对于巡航导弹以及在大气层内飞行速度快、机动能力强的战术导弹，要求更为突出。1.2.2

25、导弹的分类导弹有多种分类方法。按发射点与目标位置的关系可分为：从地面发射攻击地面目标的地地导弹；从地面发射攻击空中目标的地空导弹；从岸上发射攻击水面舰艇的岸舰导弹；从空中发射攻击地面目标的空地导弹；从空中发射攻击水面目标的空舰导弹；从空中发射攻击空中目标的空空导弹；从水下潜艇发射攻击地面目标的潜地导弹；从水面舰艇发射攻击空中目标的舰空导弹；从水面舰艇发射攻击水面舰艇的舰舰导弹；从空中发射攻击水下潜艇的空潜导弹；从水面舰艇发射攻击水下潜艇的舰潜导弹；从水下潜艇发射攻击水下潜艇的潜潜导弹等。按攻击活动目标的类型可分为：反坦克导弹、反舰导弹、反潜导弹、反飞机导弹、反弹道导弹导弹、反卫星导弹等。按飞行

26、弹道可分为：主动段按预定弹道飞行，发动机关机后按自由抛物体轨迹飞行，再入段仍按自由抛物体轨迹飞行或机动飞行的弹道导弹；主要以巡航状态在大气层内飞行的巡航导弹等。按推进剂的物理状态可分为：固体推进剂导弹和液体推进剂导弹。按作战使用可分为：打击战略目标的战略导弹和打击战役战术目标的战术导弹。从地面发射攻击地面目标的叫地地导弹。这类导弹还可按射程远近分为近程(小于1000公里)、中程（10008000公里）和远程或洲际（8000公里以上）导弹。也可按弹道式地地导弹及巡航式地地导弹分类。地地导弹一般攻击地面的固定目标,但在近距离内也可用于攻击运动速度低的目标，如反坦克导弹。1.2.3 导弹的特点1、导

27、弹沿着一条预定的弹道飞行，攻击地面固定目标。 1、通常采用垂直发射方式，使导弹平稳起飞上升，能缩短在大气层中飞行的距离，以最少的能量损失克服作用于导弹上的空气阻力和地心引力。 3、弹大部分弹道处于稀薄大气层或外大气层内。因此，它采用火箭发动机，自身携带氧化剂和燃烧剂，不依赖大气层中的氧气助燃。 4、火箭发动机推力大,能串联、并联使用,可将较重的弹头投向较远的距离。 5、导弹飞行姿态的修正，用改变推力方向的方法实现。 6、弹体各级之间、弹头与弹体之间的连接通常采取分离式结构，当火箭发动机完成推进任务时，即行抛掉，最后只有弹头飞向目标。 7、弹头再入大气层时，产生强烈的气动加热，因而需要采取防热措

28、施。 8、导弹无弹翼，没有或者只有很小的尾翼，起飞质量和体积大，结构复杂。 9、为提高突防和打击多个目标的能力，战略弹道导弹可携带多弹头(集束式多弹头或分导式多弹头)和突防装置。 1.3 导弹的研究现状及发展趋势1.3.1 导弹的研究现状导弹是20世纪40年代开始出现的武器。第二次世界大战后期，德国首先在实战中使用了V-1和V-2导弹,从欧洲西岸隔海轰炸英国。V-1是一种亚音速的无人驾驶武器，射程300多公里,很容易用歼击机及其他防空措施来对付。V-2是最大射程约320公里的液体导弹，由于可靠性差及弹着点的散布度太大，对英国只起到骚扰的作用,作战效果不大。但V-2导弹对以后导弹技术的发展起了重

29、要的先驱作用。德国还研制了几种地空、空空、反舰和反坦克导弹，但没有投入使用。第二次世界大战结束后，美国和苏联都在德国技术的基础上开展了各自的导弹研制工作，其他工业发达国家也陆续参加到这个行列中来。弹道式地地导弹是发展最迅速的一类导弹，40年代后期,美国和苏联分别用德国的器材装配了一批V-2导弹做试验，并着手提高它的射程和制导精度。50年代出现了一批中程和远程液体导弹，这批导弹的特点是采用了大推力发动机，多级火箭，使射程增加到几千公里，核战斗部的威力达到几百万吨梯恩梯(TNT)当量,已成为一种有威慑力的武器。但由于氧化剂仍是液氧，制导系统的精度还不很高，导弹还是在地面发射的，地面设备复杂，发射准

30、备时间长，生存能力不高。所以这批导弹只解决了有无问题，还不是有效的作战武器。60年代改用了可贮存的自燃液体推进剂或固体推进剂，制导系统使用了较高精度的惯性器件，发射方式改为地下井发射或潜艇发射。这些变动简化了武器系统，缩短了反应时间，提高了生存能力，使导弹成为可用于实战的武器。此后，导弹技术集中到多弹头导弹的发展，一个导弹运载几个甚至十几个子弹头，每个子弹头可以瞄准各自的目标。这样，不增加导弹的数量，就能大幅度增加弹头的数量，提高了突破反导弹防御体系的概率，增加了受到一次打击以后生存下来的弹头数，也给打击更多的目标提供了可能。多弹头分导的技术基础是高精度制导系统和小型核装置的研制成功。美国首先

31、于1970年在“民兵”导弹上实现了带 3个子弹头，随后美、苏在新研制的远程导弹上都采用了这项技术。随着进攻性导弹精度的提高和侦察能力的完善，从固定基地发射的导弹越来越难以保证自身的安全。采用加固的办法可以在一定程度上解决生存能力低的问题。机动发射方式效果更好一些的较小的导弹多采用机动发射。大型多弹头导弹比较笨重，陆地机动发射会遇到许多困难。一些国家转而研制便于机动发射的小型单弹头洲际导弹。地地巡航导弹是从V-1基础上发展起来的。第二次世界大战后，因为当时的惯性导航技术水平太低，而无线电导航所需地面设备又庞大复杂，致使巡航导弹的发展在很长一段时间内进展不大。到70年代，因高精度惯性器件及地图匹配

32、技术和用于末制导的电视、红外线成像等技术的突破，小型省油的涡轮风扇发动机的研制成功，导致新的一代超低空远程巡航导弹的诞生。巡航导弹可从地面、舰艇及机载发射架等位置发射，在低空隐蔽接近目标，制导精度高，价格比弹道导弹便宜。这类导弹将在战时发挥独特的作用。潜地导弹是从50年代开始发展的。大多数潜地导弹是固体导弹，它具有地地导弹同样的性能，但它的尺寸受到潜艇的限制，不能充分发挥导弹的潜力，同样的起飞重量，潜地导弹的射程一般要比地地导弹近。潜地导弹从水下发射，潜艇的位置不能很准确的测定，出水过程中又受到水流干扰，都会降低命中精度。但潜地导弹的机动性和隐蔽性增加了导弹的生存能力。60年代开始，潜地导弹已

33、大量装备部队，成为主要的战略进攻武器之一。近距离反坦克和反军舰导弹，40多年来发展很快。坦克和军舰都是低速运动的目标。为了接近它们，需要在发射导弹后不间断地指挥导弹的飞行。现在很多型号都利用末制导技术使导弹可以自动接近目标，以增加发射导弹人员的安全。地空导弹攻击运动速度较快的目标，如飞机和导弹，因此首先必须发现并识别目标，然后跟踪并导引导弹接近目标。在短暂的时间内，导弹要沿复杂的轨迹接近目标，必须具备较大的机动飞行能力。地空导弹从50年代开始发展，到70年代已构成远、中、近程，高、中、低空结合的防空体系。在地空导弹基础上发展起来的反导导弹，由于技术难度高，仍处于发展阶段。空地导弹在远离目标几十

34、甚至几百公里处发射，使飞机不受防空火力的攻击。远距离的空地导弹，一般是巡航导弹，用涡轮发动机或冲压发动机做动力。近距离的导弹，因为飞行时间短，也有用固体或液体火箭发动机做动力的。因为导弹是从飞机上发射，已有一定的起始速度，所以不必使用助推器。空空导弹是飞机的一种作战武器，射程比航空枪炮远，并且能依靠制导系统迅速而准确地攻击对方飞机。现代歼击机一般都装备空空导弹以扩大其作战能力。1.3.2 导弹的发展趋势1、采用抗干扰的GPS导航据报道，由于GPS系统抗干扰能力较弱，特别是受到“倒萨”行动中多枚巡航弹偏离航线的影响，美国准备在未来几年内对现有的GPS系统进行改造，将其抗干扰能力提高100倍。如果

35、此目标达到，那么未来美国等国家的巡航导弹必然会采用这种增强抗干扰性能、保密性能的GPS接收机。2、多模复合及智能末制导对于巡航导弹，最终影响其精度的是末制导。目前的末制导方式大体上分为单模制导和双模/多模制导两类。单模制导方式有很多，可以根据作战任务和战场情况的不同选择不同的制导方式。例如，反舰导弹多采用主动雷达制导；对陆攻击的巡航导弹大都采用景象匹配；在攻击发电厂等目标时，则多采用红外导引头等。3、利用卫星视频数据链技术在努力提高巡航导弹自身智能技术的同时，利用其它武器控制平台为导弹提供各种战场信息也是包括巡航导弹在内的未来精确制导武器的一个发展方向。例如，计划在2005年部署的战斧多任务导

36、弹将具有两条数据传输线，即双向卫星数据传输线和视频数据传输线。这些传输线路将使飞机或其它控制平台能够精选导弹的瞄准点，并能观察导弹所攻击的目标，从而使得巡航导弹具有实时目标/瞄准点的选择、目标的自动末段攻击及执行多种任务的能力。4、提高攻击机动目标和隐蔽目标能力通过对多次局部战争中巡航导弹的攻击效果统计数据的分析可以看出，尽管巡航导弹总的命中概率可达到80以上，但多是攻击固定目标，而对于机动性强的小型目标或临时目标则效果较差。例如，在“沙漠之狐”行动中，巡航导弹的命中率为87，但摧毁和重创率却不超过60，尤其是对地面机动目标和隐蔽目标的摧毁率可能只有10左右。1.4 位标器的概述及发展现状1.

37、4.1 位标器的概述位标器是导引头的核心组件,其设计制造水平决定了导引头的探测能力、视线稳定度和跟踪精度。位标器的主要设计思想是在确保跟踪场、跟踪速度、稳定精度和外形尺寸等前提下,力求小型化、高可靠性和低成本,而在有限结构尺寸下实现大跟踪视场成为位标器设计的难点。目前用于战术导弹导引头的稳定位标器主要包括:动力陀螺稳定位标器方案(内框架式或外框架式)、速率陀螺稳定平台方案、捷联与半捷联式稳定平台方案。本文采用双框架动力陀螺稳定位标器方案,将光学系统和图像传感器安装在前框架上,可以实现图像探测系统整体稳定和减小电磁干扰对图像探测系统的影响,从而提高制导精度;陀螺电机和力矩电机/电位器组件安装在后

38、框架上,通过优化设计陀螺电机、力矩电机和测角电位计的结构布局,可获得大的框架角范围,从而实现有限结构尺寸下的大跟踪视场;有效地消除动力陀螺线包驱动导引头存在的角效应。位标器主要由光学系统、 图像传感器、 框架机构、 陀螺电机、 伺服机构、 力矩电机和电位器等组成。位标器具有两套框架系统, 前框架安装光学系统和图像传感器,后框架安装陀螺电机和力矩电机/电位器组件。两套框架系统的外环轴、 内环轴分别对应平行, 内环用连杆连接, 构成四连杆传动机构,并能保证内环同步运动。位标器靠高速旋转的陀螺电机转子产生数值很大的角动量来实现光轴的空间稳定; 利用陀螺电机的进动特性, 通过力矩电机驱动光轴实现对目标

39、的跟踪。其工作原理如图1.1所示。1.4.2 位标器的发展现状英国天文学家威赫谢耳(W,Herschel)在1800年发现红外线以来，红外技术的研究与应用已经历了200多年，而红外技术应用于导弹导引已有50多年了。早期的红外导引头研制始于1948年，典型代表是美国的响尾蛇(Sidewinder)AIM9B。采用不致冷的硫化铅(PbS)探测器，AM旋转调制盘方式，工作波段为10-3OBm。只能跟踪目标发动机尾喷管，后向攻击，热点追踪。随后使用致冷硫化铅来提高导引头的灵敏度。但由于受背景和气象条件影响较大，导引头的作用距离近，抗干扰能力较差。60年代到70年代中期，采用致冷型锑化铟：InSb)探测

40、器，工作波段为30-5O岬。提高了探测灵敏度。并改进了调制方式和线路设计，采用了圆锥扫描或脉冲统计硷测逻辑捕获技术，使导引头具有更大的视角和跟踪加速度，提高了抗干扰能力。其典型代表有美国“响尾蛇”朋M-9L、法国“魔术”R550等。70年代中期以后，由于红外技术的发展，8014O“m波段的碲镉汞(HgCdTe)探测器的出现，特别是凝视红外焦平面探测器件、计算机处理以及超大规模集成电路技术的飞速发展，从而使红外导引头寻的方式由调制盘型向小视场扫描型方向转化，最终发展成为凝视型161。目前，红外导引头的发展趋势是从点源式向成像式发展。成像式导引头已经历了两代：第一代采用多元线列探测器，结合光机扫描

41、方法实时获取目标图像。典型代表如美国的“幼畜”AGM-65DF；第二代采用凝视红外焦平面阵列成像，用电子自扫描实时获取图像。典型代表如美国“响尾蛇”AIM9X。国外在这方面比较先进，已出现采用凝视成像的导引头，国内主要还是多单元的探测技术。1.5 高速保形位标器的研究现状及发展趋势保形红外头罩来源于高陡度非球面的研究与应用。1996年，美国国防先进技术研究计划署(DARPA)支持相关大学和公司硕究其特点、应用场所和可行性，并将此项计划命名为保形光学”(Conformal Optics)，1998年在DARPA的指导下组成了保形光学研究小组PCOT(Precision ConformalOpti

42、cs Technology)，小组成员包括Arizona大学的光学技术中心(COM)、Rochester大学的光学加工中心、Boeing公司和Raytheon公司等。其d0Raytheon公司领衔研究其在导弹领域的应用前景。图l.2 保形红外头罩应用于红外导引头Raytheon公司通过对各种导弹以及其它武器系统的研究，认为保形红外头罩应用于导弹的最大益处在于大幅减小导弹高速飞行时的空气阻力，从而使得导弹的射程增加，速度加快，飞行时间减小，最终使导弹的作战效能增加I射。图1.3(a)是半球形导引头导弹和长径比为15的保形光学导引头导弹射程与发射角度关系的比较，对于其它条件都一样只有导引头不一样的

43、导弹来讲，要达到8km的射程，半球形的需要用40。的发射角，而保形的只需20。就达到了同样的射程。图1.3(b)是半球形导引头导弹和长径比为15的保形导引头导弹射程与飞行时间关系的比较，对于半球形的导弹来讲要飞行$km的射程需要44s，而保形的只需23s，减少了一半。对于诸如巡航导弹之类的亚音速导弹来讲，使用保形光学导引头可以减小兵笛达反射面积，增大视场，也利于控制导弹周围的流场。总的来讲，R矗ytheon公司的研究结论为：1能够减小阻力系数，从而增加射程，提高速度，减少飞行时间；2能够减小导弹的雷达反射面积，影响其周围的流场并减小空气摩擦热；3其在军事武器的领域所起的作用将越来越大。根据蚴与

44、政府的合同，Rockwell国际有限公司研制出的尖晶石锥形头罩已用于战术战略导弹，具有很好的光电(EO)性能。国内方面尚属空白，未见相关研究资料。1.6 课题研究的意义及内容位标器是一种应用于导引头上的两轴框架式天线稳定平台,其作用是实现天线对目标回波信号的稳定跟踪,保证导引头能够实时截获目标。随着导弹武器整体性能的不断提高,位标器稳定跟踪的性能要求也越来越高,研究位标器的控制方法具有现实意义。本课题设计的内容：1、综述高速保形位标器发展现状。2、设计总体方案。3、完成主要部件理论校核工作。4、完成三维模型。5、工程图。2.5A06、外文翻译。7、计算说明书。25第2章 一体式保形位标器总体及

45、部件结构设计2.1 一体式保形位标器设计要求一体式高速保形位标器与传统位标器不同。其不但可提高飞行器性能，减少阻力减少热降面积；而且还可提高内部空间利用率。有效提高性能。现将设计的具体要求说明如下：1、框架角 俯角：+30 -30、方位：+30 -30；2、载荷：40g；3、质心：径向。+0.5mm -0.5mm；4、质量：10kg。2.2 一体式保形位标器总体结构设计电视图像导引头动力陀螺稳定位标器采用双框架结构方案。前框架安装光学系统和图像传感器,后框架安装陀螺电机和外环的驱动电机-电位计组件,为减小位标器直径, 获得大跟踪视场,力矩电机- 电位计组件安装在本体上通过传动杆与前框架内环连接

46、 两个框架的联动通过安装在前后内环上的传动杆实现。总体结构布局如图2-1所示。图2-1 位标器总体结构示意图2.3 一体式保形位标器主要结构及其说明红外探测系统包括红外光学系统、调制盘、红外探测器三部分，如图2.2所示，这种光学系统结构是一种折叠反射式的小视场光学系统。最前面的半球形头罩用金属压环与弹体连在一起，其作用是与主反射镜配合校正光学系统的球差并作导引头的密封。伞形光栏限制目标之外的杂散光线入射。主反射镜是球面镜，它和大磁铁(永久磁铁)一起套装在镜筒上。为使位标器结构紧凑以减小体积和重量，在光学系统中还有一块起折叠光路作用的平面反射镜。平面反射镜通过支撑玻璃与镜筒相连接。调制盘装在光

47、学系统的焦平面上。其后是滤光片和红外探测器。其工作过程如下：目标的红外辐射透过球形外罩，照射到主反射镜上，经主反射镜聚焦，反射到次反射镜上，在次反射镜并经光栏、支承透镜等进一步汇聚，成像于调制盘上，调制盘将红外辐射调制成含有目标位置信息的光信号，经红外探测器转换为电信号。图2.2 红外探测系统图2.3陀螺转子及万向支架1、探测器；2一杯形转子；3-外环；4一球壳；5-外环轴；6、7、10-滚珠轴承；8-内环轴：9、内环陀螺系统主要包括陀螺转子及万向支架、机械锁定器和各种线圈等。此处的陀螺是一种内框架式三自由度陀螺。如图2.3所示，杯形转子安装在陀螺仪框架上的两个滚珠轴承上，永久磁铁和光学系统组

48、件牢固地紧压在杯形转子上，机械锁则靠螺纹联接在杯形转子的后沿，它们都随着陀螺转予一起旋转。陀螺机械装置是系统的执行元件，利用陀螺的定轴性使陀螺转子轴稳定地指向目标，同时利用陀螺的进动性来搜索和跟踪目标。在位标器壳体上的线圈组件有调制线圈、旋转线圈、基准线圈、迸动线圈各四个，电锁线圈三个。其中，调制线圈起控制开关作用，根据测得陀螺转子(实际上是永久磁铁)的位置，依次给旋转线圈通电；旋转线圈用来产生旋转磁场，与陀螺转子上的永久磁铁相互作用，驱动陀螺转予旋转：基准线圈产生基准信号，其频率与陀螺转子转速相同，相位可作为目标误差信号坐标变换和陀螺迸动控制的相位基准；进动线圈分为两组，是误差信号输出电流的负载，产生的磁场与永久磁铁相互作用产生迸动力矩，使陀螺转子向跟踪目标的方向进动；电锁线圈产生的电锁信号反映了陀螺转子轴的方位，其作用是保持陀螺转子轴与弹轴始终保持致。根据保形红外头罩需要测试的性能参数，提出实验平台的总体设计，着重讲解了本文主要研究的部分即目标检测与控制系统的详细结构组成，并解释了各组成部分完成的功能，最后简单介绍